一种非稀土铝合金绞合导体及其退火工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种非稀土铝合金绞合导体及其退火工艺，涉及电缆制造领域，本发明一种非稀土铝合金绞合导体，其特征在于，其组成为：0.3-0.8%的铁，0.1-0.3%的铜，0.01-0.10%的硅，0.01-0.10%的硼，0.01-0.05%的镓，0.01-0.05%的锌，0.001-0.01%的镍，0.001-0.005%的镁，0.001-0.005%的锰，0.001-0.005%的铬，0.001-0.005%的镉，0.002-0.007%的混合元素，不可避免的杂质的总含量≤0.15%，其余为铝。且本发明的退火工艺，极大程度的提高铝合金导体的导电性能和断裂伸长率，也使单丝的抗拉强度控制在合理的范围，更极大程度的提高了铝合金绞合导体的弯曲性能和抗蠕变性能。
【专利说明】一种非稀土绍合金绞合导体及其退火工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及电缆【技术领域】，具体地说涉及一种非稀土铝合金绞合导体及其退火工艺。
【背景技术】
[0002]据中国有色金属工业协会统计，截止2009年中国铜矿资源储量约3000万吨，约占世界总储量的5%。中国是一个用铜大国，每年铜用量约600万吨，其中电线电缆用铜量约占全国用铜量的65%，占很大一部分比例。如果不依靠进口，中国的铜资源最多可使用5年时间。中国国内铜精矿的供应不到30%，超过70%的比例需要依赖进口。
[0003]由于铜材有着优异的导电性能和机械性能，是电线电缆导体材料的首选。而我国铜储量低，却有着丰富的铝资源，铝矿资源储量约27亿吨，相比铜矿资源要丰富的多。随着技术的日益成熟，人类在铝合金导体材料方面开发日见成效，开始突破传统的局限，将铝合金导体材料应运到电力电缆中。
[0004]现有的铝合金导体材料都是稀土铝合金导体材料，而稀土资源是近三年国家和社会热切关注的问题，它与国家的经济、政策息息相关。我国的稀土储量从上世纪的90%到本世纪2009年骤降到36%，每年还要承担满足世界上90%的稀土使用量，对于我国稀土这种非可再生资源是一种极大的伤害。
[0005]在电缆制造中，导体的 退火也起到很大的作用，导体的退火过程直接影响到导体的整体性能。经过检索没有找到相关的关于非稀土铝合金导体的退火报道及专利。
【发明内容】
[0006]为解决上述现有技术中的不足，本发明提出了一种非稀土铝合金绞合导体及其退火工艺，本发明的非稀土铝合金绞合导体中不添加稀土元素，仍能满足电缆导体的标准，本发明的非稀土铝合金作为电缆导体时，具有较好的机械性能、导电性能和抗蠕变性能。本发明的退火工艺，极大程度的提高铝合金导体的导电性能和断裂伸长率，也使单丝的抗拉强度控制在合理的范围，更极大程度的提高了铝合金绞合导体的弯曲性能和抗蠕变性能。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
一种非稀土铝合金绞合导体，其特征在于，其组成为:0.3-0.8%的铁，0.1-0.3%的铜，0.01-0.10% 的硅，0.01-0.10% 的硼，0.01-0.05% 的镓，0.01-0.05% 的锌，0.001-0.01% 的镍，0.001-0.005% 的镁，0.001-0.005% 的锰，0.001-0.005% 的铬，0.001-0.005% 的镉，
0.002-0.007%的混合元素，不可避免的杂质的总含量≤0.15%，其余为铝。
[0008]所述的混合元素是指钛、铍、钙、钠、铅、锡、钒和汞元素中的一种或多种元素任意比例的混合。
[0009]一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺，其特征在于其步骤为:
第一步，将绞合导体吊入井式退火炉，升温0.5-lh ；
第二步，根据导体截面、长度和外界温度的不同，将退火温度控制在310°C _350°C之间，保温时间控制在5-12小时之间，进行退火；
第三步，导体退火达到保温时间后，关闭电源，导体在炉内继续保温0.5-lh,出炉后自然冷却至室温。
[0010]优选的，当退火炉内温度升温到退火温度后，采用风扇在炉内扇动直至退火结束。
[0011]与现有技术相比，本发明达到的技术效果:
1、本发明的非稀土绞合导体采用0.3-0.8%的铁，0.1-0.3%的铜，0.01-0.10%的硅，0.01-0.10% 的硼，0.01-0.05% 的镓，0.01-0.05% 的锌，0.001-0.01% 的镍，0.001-0.005% 的镁，0.001-0.005%的锰，0.001-0.005%的铬，0.001-0.005%的镉，出于对绞合导体整体性能的提升，考虑到不同元素对合金的影响，添加上述元素可起到有效的效果，采用上述组分材料做出的导体经退火后的性能参数如表I所示，本发明的非稀土铝合金绞合导体中不添加稀土元素，仍能满足电缆导体的标准，本发明的非稀土铝合金作为电缆导体时，具有较好的机械性能、导电性能和抗蠕变性能。
[0012]2、本发明的退火工艺过程，采用井式退火炉升温0.5-lh，利用此升温时间使炉内温度达到预定温度，缓慢的升温可以避免金属短时间内的骤冷骤热，更好的保护金属内部结构。
[0013]3、本发明的退火工艺将退火温度控制在310°C _350°C，铝合金导体的导电率随着退火温度的变化先上升后下降，在270°C左右达到最大，随后随着温度升高逐渐下降。当退火温度在270°C _350°C之间时，铝合金导体的导电率一直保持在61%IACS以上；铝合金导体的抗拉强度随温度变化呈下降趋势，铝合金导体的断裂伸长率随温度变化呈上升趋势，随着温度的升高，二者在300°C左右达到最佳，之后随着温度的升高虽略有变化，但对抗拉强度和断裂伸长率影响不大；考虑到导体退火时为整盘一起退火，体积较大，所以将退火温度控制在310°C _350°C之间最为稳妥，保证退火过程中不会发生退火不完全的情况。
[0014]4、退火过程中风扇的扇动保证炉内温度的均匀一致，极大程度保证退火的均匀稳定。
[0015]5、经实测，按此退火工艺退火过后的铝合金绞合导体电导率可达61%IACS以上，单丝抗拉强度可达105MPa以上，单丝断裂伸长率可达15%以上，弯曲半径可达到7倍的导体外径甚至更小，可经受几十次甚至逾百次的弯折而不断裂。如表2所示。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
作为本发明一较佳实施例，一种非稀土铝合金绞合导体，其组分为:0.480%的铁、0.286% 的铜、0.038% 的硅、0.01% 的硼、0.01% 的镓、0.01% 的锌、0.001% 的镍，0.0023% 的镁、0.001%的锰，0.001%的铬，0.001%的镉，0.003%的混合元素，其余为铝。混合元素是指铍和钙元素的混合。出于对绞合导体整体性能的提升，考虑到不同元素对合金的影响，添加上述元素可起到有效的效果，采用本发明的非稀土铝合金绞合导体中不添加稀土元素，仍能满足电缆导体的标准，本发明的非稀土铝合金作为电缆导体时，具有较好的机械性能、导电性能和抗蠕变性能。
[0017]实施例2
作为本发明又一较佳实施例，一种非稀土铝合金绞合导体，其组分为:0.468%的铁、0.278% 的铜、0.037% 的硅、0.01% 的硼、0.01% 的镓、0.01% 的锌、0.001% 的镍，0.003% 的镁、
0.002%的猛，0.002%的铬，0.002%的镉，0.004%的混合元素，其余为铝。混合元素是指铍和钙元素的混合。出于对绞合导体整体性能的提升，考虑到不同元素对合金的影响，添加上述元素可起到有效的效果，采用本发明的非稀土铝合金绞合导体中不添加稀土元素，仍能满足电缆导体的标准，本发明的非稀土铝合金作为电缆导体时，具有较好的机械性能、导电性能和抗蠕变性能。
[0018]实施例3
一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺，其特征在于其步骤为:
第一步，将绞合导体吊入井式退火炉，升温0.5h;采用井式退火炉升温0.5h，利用此升温时间使炉内温度达到预定温度，缓慢的升温可以避免金属短时间内的骤冷骤热，更好的保护金属内部结构。
[0019]第二步，根据导体截面、长度和外界温度的不同，将退火温度控制在310°C，保温时间控制在5小时，进行退火；本发明的退火工艺将退火温度控制在310°C，铝合金导体的导电率随着退火温度的变化先上升后下降，在270°C左右达到最大，随后随着温度升高逐渐下降。当退火温度在270°C _350°C之间时，铝合金导体的导电率一直保持在61%IACS以上；铝合金导体的抗拉强度随温度变化呈下降趋势，铝合金导体的断裂伸长率随温度变化呈上升趋势，随着温度的升高，二者在300°C左右达到最佳，之后随着温度的升高虽略有变化，但对抗拉强度和断裂伸长率影响不大；考虑到导体退火时是整盘一起退火，体积较大，所以将退火温度控制在310°C之间为稳妥，保证退火过程中不会发生退火不完全的情况。
[0020]第三步，导体退火达到保温时间后，关闭电源，导体在炉内继续保温0.5h，出炉后自然冷却至室温。退火过后的缓慢降温可以避免金属短时间内的骤冷骤热，保护内部结构，延长使用寿命。
[0021]当退火炉内温度升温到退火温度后，采用风扇在炉内扇动直至退火结束，退火过程中风扇的扇动保证炉内温度的均匀一致，极大程度保证退火的均匀稳定。
[0022]实施例4
一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺，其特征在于其步骤为:
第一步，将绞合导体吊入井式退火炉，升温40分钟；采用井式退火炉升温40分钟，利用此升温时间使炉内温度达到预定温度，缓慢的升温可以避免金属短时间内的骤冷骤热，更好的保护金属内部结构。
[0023]第二步，根据导体截面、长度和外界温度的不同，将退火温度控制在320°C，保温时间控制在7小时，进行退火。
[0024]第三步，导体退火达到保温时间后，关闭电源，导体在炉内继续保温40分钟，出炉后自然冷却至室温。退火过后的缓慢降温可以避免金属短时间内的骤冷骤热，保护内部结构，延长使用寿命。
[0025]当退火炉内温度升温到退火温度后，采用风扇在炉内扇动直至退火结束，退火过程中风扇的扇动保证炉内温度的均匀一致，极大程度保证退火的均匀稳定。
[0026]实施例5
作为本发明最佳实施例，一种非稀土铝合金绞合导体，其组分为:0.453%的铁、0.206%的铜、0.038%的硅、0.01%的硼、0.01%的镓、0.01%的锌、0.0052%的镍，0.003%的镁、0.0016%的锰，0.0013%的铬，0.002%的镉，0.004%的混合元素，其余为铝。混合元素是指铍和钙元素的混合。出于对绞合导体整体性能的提升，考虑到不同元素对合金的影响，添加上述元素可起到有效的效果，采用上述组分材料做出的导体经退火后的性能参数如表1所示，本发明的非稀土铝合金绞合导体中不添加稀土元素，仍能满足电缆导体的标准，本发明的非稀土铝合金作为电缆导体时，具有较好的机械性能、导电性能和抗蠕变性能。
[0027]表1
一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺，其特征在于其步骤为:
第一步，将绞合导体吊入井式退火炉，升温Ih ;采用井式退火炉升温lh，利用此升温时间使炉内温度达到预定温度，缓慢的升温可以避免金属短时间内的骤冷骤热，更好的保护金属内部结构。
[0028]第二步，根据导体截面、长度和外界温度的不同，将退火温度控制在350°C，保温时间控制在12小时，进行退火。
[0029]第三步，导体退火达到保温时间后，关闭电源，导体在炉内继续保温lh，出炉后自然冷却至室温。退火过后的缓慢降温可以避免金属短时间内的骤冷骤热，保护内部结构，延长使用寿命。
[0030]当退火炉内温度升温到退火温度后，采用风扇在炉内扇动直至退火结束，退火过程中风扇的扇动保证炉内温度的均匀一致，极大程度保证退火的均匀稳定。
[0031]经实测，按此退火工艺退火过后的铝合金绞合导体电导率可达61%IACS以上，单丝抗拉强度可达105MPa以上，单丝断裂伸长率可达15%以上，弯曲半径可达到7倍的导体外径甚至更小，可经受几十次甚至逾百次的弯折而不断裂。如表2所示。
【权利要求】
1.一种非稀土铝合金绞合导体，其特征在于，其组成为:0.3-0.8%的铁，0.1-0.3%的铜，0.01-0.10% 的硅，0.01-0.10% 的硼，0.01-0.05% 的镓，0.01-0.05% 的锌，0.001-0.01%的镍，0.001-0.005% 的镁，0.001-0.005% 的锰，0.001-0.005% 的铬，0.001-0.005% 的镉，0.002-0.007%的混合元素，不可避免的杂质的总含量≤0.15%，其余为铝。
2.如权利要求1所述的一种非稀土铝合金绞合导体，其特征在于:所述的混合元素是指钛、铍、钙、钠、铅、锡、钒和汞元素中的一种或多种元素任意比例的混合。
3.如权利要求1或2所述的一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺，其特征在于其步骤为: 第一步，将绞合导体吊入井式退火炉，升温0.5-lh ； 第二步，根据导体截面、长度和外界温度的不同，将退火温度控制在310°C _350°C之间，保温时间控制在5-12小时之间，进行退火； 第三步，导体退火达到 保温时间后，关闭电源，导体在炉内继续保温0.5-lh,出炉后自然冷却至室温。
4.如权利要求3所述的一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺，其特征在于:当退火炉内温度升温到退火温度后，采用风扇在炉内扇动，直至退火结束。
【文档编号】H01B1/02GK103531264SQ201310509968
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】柳宝坤, 盛业武, 陈光高, 沈智飞, 易国华 申请人:四川明星电缆股份有限公司